师：同学们好，今天我们上课的内容是普通高中化学，山东科学技术出版社高二年级《化学反应原理》第一章第三节第二课时——化学电源。请同学们先看一段视频。
2019 年诺贝尔化学奖授予美国科学家古迪纳夫、惠廷厄姆以及日本科学家吉野彰，以表彰他们三人对锂离子电池发展作出的贡献。美国科学家古迪纳夫的研究让锂电池体积变小、容积增大，开启了锂电池商业化和电子设备便携化进程。惠廷厄姆和吉野彰则在可充电锂电池领域取得里程碑式成果，使太阳能、风能等可再生能源的存储成为可能。现年 97 岁高龄的古迪纳夫也成为年龄最大的诺贝尔奖获得者。
看完视频我们知道，2019 年诺贝尔化学奖授予了美国、日本的三位科学家，他们为锂电池发展做出重要贡献。锂电池是生活中常见且重要的化学电源。同学们，今天我们就来学习化学电源的有关知识。先看下面这幅图片，大家看，这是生活中的各类电池，有刚才视频中提到的锂电池，还有我们熟悉的干电池、铅蓄电池以及纽扣电池。那么，大家想知道这些电池如何分类，又各有什么特点吗？请同学们先阅读教材，并思考以下两个问题：第一，目前化学电源主要分为哪几个大类？在性能方面有什么特点？第二，化学电源与其他能源相比有哪些优点？请大家带着这两个问题阅读教材上化学电源的前两段内容。
好，通过阅读教材，我们来总结一下化学电源的有关内容。第一，概念。什么是化学电源？将化学能转变为电能的装置，就叫做化学电源。这里面能量转化的关键词是由化学能转变为电能。第二，根据各电源特点，化学电源可分成以下几大类：一类是一次电池，顾名思义，一次电池就是使用一次就废弃的电池，也叫不可充电电池，比如生活中的干电池；二次电池又称为可充电电池，可以重复使用，如生活中的铅蓄电池；除此之外，还有燃料电池，是用燃料作为能源物质制成的电池，如氢氧燃料电池。当然，还有其他一些电池。这就是化学电源的分类。
那么，化学电源与其他能源相比，有哪些优点呢？我们归纳为三点：第一，能量转化率比较高，供能稳定可靠；第二，可以制成各种形状、大小，不同容量和电压的电池或电池组，使用起来方便；第三，易维护，能在各种环境下工作。这就是化学电源的三大优点。下面我们逐一来了解。
首先了解一次电池。我给出一幅大家非常熟悉的两种锌锰干电池的图片。锌锰干电池分成酸性锌锰干电池和碱性锌锰干电池，它们有什么区别呢？请大家思考这两个问题：比较两种锌锰干电池的构造，看看有什么区别；分析它们的电极反应，猜测二者在性能差异的原因。下面我们逐个讲解。
酸性锌锰干电池，这是它的结构图，大家看，它用锌筒作为电池的负极，用碳棒作为电池的正极，位于中间的碳棒周围，糊状的氯化铵是它的电解质。这是它的构造。根据这个构造，我们来书写它的电极反应式。作为负极的是锌，所以负极反应是锌失电子变成锌离子。那它的正极反应，应该是铵根离子得电子生成氨气和氢气，不过这个反应目前存在争议，这只是其中一种观点。酸性锌锰干电池制作简单，价格便宜，是最早进入市场的实用电池，在市场上一直占有较大份额。但是，它也有致命弱点，比如容易自放电，存放时间较短；放电后，电压下降很快。
为克服这些缺点，人们发明了碱性锌锰干电池。对照酸性锌锰干电池的构造，我们看碱性锌锰干电池，同样用锌作为负极，石墨碳棒作为正极，但主要区别在于它的填充物，这里用了强碱氢氧化钾作为填充物，所以叫碱性锌锰干电池。那么它的电极反应如何书写呢？负极是不是像酸性锌锰干电池一样，锌失电子生成锌离子呢？大家知道，这是碱性环境，氢离子不能存在于碱性溶液中，所以这样写是错误的。正确的应该是锌失电子结合氢氧根离子生成氧化锌和水。它的正极反应为二氧化锰得电子结合水生成氢氧化锰和氢氧根离子。
这就是锌锰干电池在两种不同介质下的电极反应式。在性能上，碱性锌锰干电池克服了酸性锌锰干电池的缺点，性能更好，比能量和存储时间更长，适用于大电流或连续放电，是民用电池的升级换代产品。
大家看这两幅图片，这是电动三轮车上的电源以及汽车上的电源，大家思考，图片上的用电产品使用的是一次电池吗？显然不是，这是我们所说的铅蓄电池，它是生活中常见的一种电池，属于二次电池，可以重复使用。下面我们来了解铅蓄电池的构造及反应原理。
首先看构造，从这幅彩图我们看到，铅蓄电池由二氧化铅板以及硫酸构成，恰好形成原电池的正负极材料和电解质溶液。所以铅蓄电池的正极材料为二氧化铅，负极为铅，电解质是浓度为 30%的硫酸溶液，是稀硫酸。
对于铅蓄电池，它的工作机制是典型的可充电电池，其电极反应分为充电和放电两个过程。
先了解放电过程，放电属于原电池原理。刚才分析过，放电时负极为铅，所以负极电极反应为铅失电子结合硫酸根离子生成硫酸铅。这里可能有同学疑惑，为什么不是生成二价氢离子呢？因为硫酸铅是难溶物质，铅失电子变成的二价铅离子会以固体硫酸铅的形式附着在铅电极上，导致铅电极质量增加。在这个反应中，铅元素由 0 价升高到 +2 价，失电子化合价升高，发生氧化反应。那么正极，显然是二氧化铅得电子结合氢离子和硫酸根离子生成硫酸铅和水。在这个反应中，+4 价的铅得电子变成 +2 价的铅，化合价降低，发生还原反应。
如何书写放电过程的总反应呢？我们在电子守恒的情况下，把这两个电极反应相加，就得出总反应：铅 + 二氧化铅 + 硫酸 → 硫酸铅 + 水。在放电过程中，硫酸被消耗，当硫酸浓度降低到一定程度时，就停止放电，这时需要给蓄电池充电。充电可看作放电的逆过程，所以铅蓄电池充电的反应就是上述反应的逆过程。
下面看充电过程。如何给铅蓄电池充电呢？充电时怎么接线？我们要弄懂这个问题。充电时，我们把蓄电池的负极接在电源的负极上作为阴极。大家想，蓄电池没电了，要回到最初状态，原来蓄电池负极失电子，充电时就得电子，得电子就必须作为阴极，阴极接在电源负极上，这样就能理解接线问题了。所以，蓄电池的正极应该接电源的正极作为阳极，这样线就接好了，然后进行充电。它的电极反应式怎么书写呢？刚才讲了，它是放电的逆过程，所以在阴极，是硫酸铅得电子生成铅和硫酸根离子。这里，+2 价的铅得电子化合价降低，发生还原反应。阳极则是硫酸铅失电子化合价升高，发生氧化反应。在得失电子守恒的情况下，两式相加得出充电过程的总反应：硫酸铅 + 水 → 铅 + 二氧化铅 + 硫酸。如果把充电过程和放电过程用一个表达式表达出来，就是：铅 + 二氧化铅 + 硫酸 ? 硫酸铅 + 水，正反应是放电过程，逆反应是充电过程。这里要清楚，放电属于原电池原理，充电属于电解池原理。